Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жартылай өткізгіш өндірісінде төменгі κ – кремний диоксидіне шаққанда салыстырмалы диэлектрлік тұрақтысы (κ, каппа) кішкентай материал. Төменгі κ диэлектрлік материалды қолдану – микроэлектрондық құрылғылардың өлшемдерін үнемі кішірейте беруге мүмкіндік беретін стратегиялардың бірі, бұл көбінесе Мур заңының жалғасуы деп аталады. Цифрлық тізбектерде оқшаулағыш диэлектриктер өткізгіш бөліктерді (сымдық байланыстар мен транзисторларды) бір-бірінен бөліп тұрады. Компоненттердің өлшемдері кішірейгенде және транзисторлар жақындағанда, оқшаулағыш диэлектриктер жұқарып, заряд жиналуы мен өзара әсер ету құрылғының жұмысына кері әсер ететіндей деңгейге жетеді. Кремний диоксидін бірдей қалыңдықтағы төменгі κ диэлектригімен алмастыру паразиттік сыйымдылықты азайтады, соның нәтижесінде синхронды тізбектерде жылдамрақ ауысу жылдамдығы және аз жылу шығыны қамтамасыз етіледі. Әңгіме кезінде мұндай материалдарды "low κ" (каппамен айтылатын) емес, "low k" (кеймен айтылатын) деп атауға болады.
In semiconductor manufacturing, a low κ is a material with a small relative dielectric constant (κ, kappa) relative to silicon dioxide. Low κ dielectric material implementation is one of several strategies used to allow continued scaling of microelectronic devices, colloquially referred to as extending Moore's law. In digital circuits, insulating dielectrics separate the conducting parts (wire interconnects and transistors) from one another. As components have scaled and transistors have gotten closer together, the insulating dielectrics have thinned to the point where charge build up and crosstalk adversely affect the performance of the device. Replacing the silicon dioxide with a low κ dielectric of the same thickness reduces parasitic capacitance, enabling faster switching speeds (in case of synchronous circuits) and lower heat dissipation. In conversation such materials may be referred to as "low k" (spoken "low kay") rather than "low κ" (low kappa).
К-тегі төмен материалдар
Интегралды схемалар мен CMOS құрылғыларында кремний диоксиді термиялық тотығу арқылы Si бетінде оңай түзіледі, сондай-ақ химиялық фазалық осаудан немесе әртүрлі басқа жұқа пленка жасау әдістерін қолдана отырып, өткізгіштердің бетіне жапсырылуы мүмкін. Кремний диоксиді қабаттарын арзан бағада жасауға болатын әдістердің кең диапазоны болғандықтан, бұл материал әдетте басқа төмен диэлектрлік тұрақтылығы бар диэлектриктермен салыстыру үшін негізгі өлшем ретінде қолданылады. Силикон чиптерінде әлі де қолданылып жүрген оқшаулағыш материал SiO2-нің салыстырмалы диэлектрлік тұрақтылығы 3,9-ға тең. Бұл сан – SiO2-нің диэлектрлік өтімділігін вакуумның диэлектрлік өтімділігіне (εSiO2/ε0) бөлгендегі қатынас, мұнда ε0 = 8,854×10−6 пФ/мкм. Салыстырмалы диэлектрлік тұрақтылығы төмен материалдар көп, бірақ олардың аз ғана бөлігі өндіріс процесіне сәйкес келеді. Зерттеу жұмыстары негізінен келесі материалдар кластарына бағытталған:
In integrated circuits, and CMOS devices, silicon dioxide can readily be formed on surfaces of Si through thermal oxidation, and can further be deposited on the surfaces of conductors using chemical vapor deposition or various other thin film fabrication methods. Due to the wide range of methods that can be used to cheaply form silicon dioxide layers, this material is used conventionally as the baseline to which other low permittivity dielectrics are compared. The relative dielectric constant of SiO2, the insulating material still used in silicon chips, is 3.9. This number is the ratio of the permittivity of SiO2 divided by permittivity of vacuum, εSiO2/ε0, where ε0 = 8.854×10−6 pF/μm. There are many materials with lower relative dielectric constants but few of them can be suitably integrated into a manufacturing process. Development efforts have focused primarily on the following classes of materials:
Фтормен коктейльденген кремний диоксиді
Фтормен SiO2-ны допингтеу арқылы фторланған кремний шынысын жасау нәтижесінде, салыстырмалы диэлектрлік тұрақты 3,9-дан 3,5-ке дейін төмендейді. Фтор қосылған оксид материалдары 180 нм және 130 нм технологиялық түйіндерінде қолданылды.
By doping SiO2 with fluorine to produce fluorinated silica glass, the relative dielectric constant is lowered from 3.9 to 3.5. Fluorine doped oxide materials were used for the 180 nm and 130 nm technology nodes.
Органосиликатты шыны немесе ОСГ (көміртекті оксид немесе CDO)
SiO2-ны көміртегімен допингтеу арқылы салыстырмалы диэлектрлік тұрақтыны 3,0-ға, тығыздықты 1,4 г/см³-қа және жылу өткізгіштігін 0,39 Вт/(м·К)-қа дейін төмендетуге болады. Жартылай өткізгіш өнеркәсібі 90 нм технологиялық түйінінен бастап органосиликатты шыны диэлектриктерін пайдаланып келеді. Бірінші қадамда, органикалық бұзылатын фаза (пороген деп белгілі) органосиликатты фазамен бірге қосымша жағу арқылы органикалық-органикалық емес гибридтік материал алынады. Екінші қадамда, органикалық фаза 400 °C-қа дейінгі температурада УФ-сәулелендіру немесе қыздыру арқылы ыдырайды, нәтижесінде төмен κ органосиликатты материалдарда тесіктер пайда болады. Кеуекті органосиликатты шынылар 45 нм технологиялық түйінінен бері қолданылып келеді.
By doping SiO2 with carbon, one can lower the relative dielectric constant to 3.0, the density to 1.4 g/cm3 and the thermal conductivity to 0.39 W/(m*K). The semiconductor industry has been using the organosilicate glass dielectrics since the 90 nm technology node. where the first step consists of the co deposition of a labile organic phase (known as porogen) together with an organosilicate phase resulting in an organic inorganic hybrid material. In the second step, the organic phase is decomposed by UV curing or annealing at a temperature of up to 400 °C, leaving behind pores in the organosilicate low κ materials. Porous organosilicate glasses have been employed since the 45 nm technology node.
Спин-он органикалық полимерлік диэлектрик материалдар
Полимерлік диэлектриктер көбінесе спин-он әдісімен жалатылады, бұл әдетте фоторезист материалдарын жалату үшін қолданылатын тәсіл, ал химиялық бу фазасынан жалату сирек қолданылады. Интеграциялаудағы қиындықтарға төмен механикалық күш, жылулық кеңею коэффициентінің (ЖКК) үйлеспеуі және жылулық тұрақтылық жатады. Аз κ органиқалық полимерлердің мысалдары: полиимид, полинорборнендер, бензоциклобутен және ПТФЕ.
Polymeric dielectrics are generally deposited by a spin on approach, which is traditionally used for the deposition of photoresist materials, rather than chemical vapor deposition. Integration difficulties include low mechanical strength, coefficient of thermal expansion (CTE) mismatch and thermal stability. Some examples of spin on organic low κ polymers are polyimide, polynorbornenes, benzocyclobutene, and PTFE.
Спин-он кремний негізіндегі полимерлік диэлектрик
Кремнийге негізделген полимерлік диэлектрлік материалдардың екі түрі бар: сутегілі сильсесквиоксан және метилді сильсесквиоксан.
There are two kinds of silicon based polymeric dielectric materials, hydrogen silsesquioxane and methylsilsesquioxane.
Ауа аралары
Ең төменгі диэлектрлік тұрақтысы бар материал – ауа, оның салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі ~1,0-ға тең. Бірақ, өткізгіш сымдар арасында ауа қуыстарын орналастыру интегралдық схеманың механикалық беріктігіне зиян келтіреді, сондықтан ауадан ғана тұратын оқшаулағыш материалдан жасалған интегралдық схеманы құру мүмкін емес. Дегенмен, ауа қуыстарын стратегиялық түрде орналастыру чиптің электрлік көрсеткіштерін оның сенімділігіне едәуір зиян келтірмей жақсарта алады. Мысалы, Intel өзінің 14 нм FinFET технологиясында екі металл аралық деңгейде ауа қуыстарын пайдаланады.
The ultimate low κ material is air with a relative permittivity value of ~1.0. However, the placement of air gaps between the conducting wires compromises the mechanical stability of the integrated circuit making it impractical to build an IC consisting entirely of air as the insulating material. Nevertheless, the strategic placement of air gaps can improve the chip's electrical performance without compromising critically its durability. For example, Intel uses air gaps for two interconnect levels in its 14 nm FinFET technology.